FUNDAMENTOS DE REDES DE COMPUTADORES (165)

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AUTOMAÇÃO DE REDES UTILIZANDO PYTHON 
 
Autor (Uênio Vicente Rocha); Orientador (Marcelo Portela Sousa); 
Instituto Federal da Paraíba - Campus Campina Grande 
uenio.v.rocha@ieee.org; marcelo.portela@ieee.org
 
INTRODUÇÃO 
 
Com o passar dos anos, as redes de computadores começaram a consumir cada vez mais 
recursos e serviços. Este crescimento trouxe a necessidade de controle mais eficaz dos dados 
trafegados. Os diversos dispositivos de redes existentes, como Switches e Roteadores, contêm 
novos aplicativos e estes fazem com que as redes apresentem demandas mais complexas para 
gerenciar e controlar os dados. A formação em redes de comunicação de dados é muitas vezes 
projetada para administradores de redes e possui foco nas diversas especificações de protocolo de 
rede, arquitetura, projetos e ferramentas para administrar as redes [1]. 
Programas que reproduzem características e funcionalidades de dispositivos de rede tornam-
se amplamente disponíveis. Um software emulador é uma ferramenta que reproduz uma plataforma 
virtualizada que permite que uma dada arquitetura de computador consiga executar sistemas que 
foram desenvolvidos para outra arquitetura específica [2]. 
No intuito de realizar a implantação ou modificação da rede, o administrador muitas vezes 
precisa acessar o equipamento físico, em que precisa dispor de um acesso console, ou acessá-lo pela 
rede, quando este, possui Telnet ou SSH previamente configurados, e assim realizar as alterações 
necessárias em todos os equipamentos [3]. Porém, isso torna um trabalho árduo e cansativo, 
aumentando a possibilidade de cometer erros, quando se tem uma rede escalável. Avaliando esse 
problema, é possível alterar esse cenário, utilizando scripts em Python, a fim de automatizar o 
processo de configuração dos equipamentos de redes [4]. 
Python é uma linguagem de programação de codificação flexível e simples, definida nos 
seus documentos da seguinte forma: “Python é uma linguagem de programação de grande 
propósito, dinâmica, orientada a objetos e de uso geral que usa Intérprete e pode ser usado em um 
vasto domínio de aplicativos” [5][6]. 
O Python é ideal para a prototipagem, implantação e aplicações de rede. Isso torna o 
processo de configuração mais rápido e eficaz e menos susceptível a erros [7]. 
 
 
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O trabalho está definido da seguinte maneira: na etapa Justificativa, é apresentada a pesquisa 
na área de automação e seus objetivos; em Metodologia, o modelo de configuração realizada no 
emulador GNS3 e no cenário real, e a organização do código em Python; e por fim, os resultados 
obtidos e as conclusões do trabalho realizadas. 
 
JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS 
 
Como foi apresentado na seção anterior, um campo de pesquisa que tem atraído grande 
interesse na área de Redes de Computadores tem sido o de automação de redes. Diferentemente do 
modelo de gerência das redes tradicional, no qual o administrador realiza a configuração manual e 
individualizada dos equipamentos, fazendo uso de um conjunto de comandos de baixo nível e 
específicos para cada equipamento, nas redes programáveis, é possível elevar o nível de abstração 
do processo de elaboração de políticas de gerência e favorecer a instalação destas regras em 
dispositivos distintos de rede [8]. 
Em linhas gerais, este recente paradigma propõe uma abordagem inovadora, a fim de 
controlar e reconfigurar o comportamento global de uma rede de computadores: retirar a lógica de 
controle da infraestrutura da rede e centralizá-la em um sistema operacional, deixando os 
equipamentos de rede como meros comutadores de pacotes, os quais serão orquestrados por uma 
interface não proprietária. O “cérebro” de uma rede utilizando automação em Python estará, 
portanto, completamente desacoplado dos vários dispositivos de baixo nível da rede o que 
representa uma ruptura expressiva da tradicional verticalização (o acoplamento entre os planos de 
controle e dados) observada nas arquiteturas de redes convencionais [9]. 
METODOLOGIA 
O GNS3 é um aplicativo gratuito sob licença da GNU que prevê uma interface gráfica e 
permite ao usuário construir a topologia de rede que pretende configurar. Ele reúne diversos 
emuladores de sistemas operacionais. 
 
As etapas aplicadas nesse trabalho seguem essa sequência: automação com Script em 
Python; emulação de equipamentos dos fabricantes Cisco, Hewlett-Packard, Mikrotik e Juniper no 
GNS3; e um cenário real com equipamentos do fabricante Cisco. 
 
 
 
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EMULAÇÃO NO GNS3 
 
A Figura 1 exibe a topologia criada no GNS3, e está definida da seguinte maneira: foi 
utilizada uma máquina com o sistema operacional Ubuntu 16.04 LTS para fazer o gerenciamento da 
rede e sua interface está configurada como Acesso; os Switches receberam endereçamento IPv4 
192.168.0.1/24 a 192.168.0.4/24 na interface virtual Vlan 1; os Roteadores receberam 
endereçamento IPv4 192.168.0.21/24 a 192.168.0.24/24 na interface GigabitEthernet 1/0; todos os 
equipamentos foram configurados com acesso Telnet; na execução do Script foi utilizado o Python 
2.7; as interfaces GigabitEthernet 2/0 foram configurados como interface Acesso e as portas dos 
Switches conectadas aos roteadores nas interfaces GigabitEthernet 1/0 foram configurados como 
Tronco; no GNS3 foi utilizado um cenário mais simples como teste para automação em Python. 
 
 
Figura 1 - Cenário Emulado Com Diferentes Fabricantes. 
 
APLICAÇÃO EM UM CENÁRIO REAL 
 
A Figura 2 apresenta o cenário real. O rack da esquerda possui 12 Switches do fabricante 
Cisco, modelo 2960, o rack da direta possui 12 Roteadores do fabricante Cisco, modelo 1941 e 12 
PCs. Os Switches receberam endereçamento IPv4 192.168.0.1/24 a 192.168.0.12/24 na interface 
virtual Vlan 1; os Roteadores receberam endereçamento IPv4 192.168.0.21/24 a 192.168.0.32/24 na 
interface GigabitEthernet 1/0; o acesso Telnet foi configurado em todos os equipamentos. 
 
 
 
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Figura 2 - Cenário Real Com Equipamentos Cisco. 
CÓDIGO EM PYTHON 
 
Na Figura 3 o código em Python é descrito da seguinte maneira: na linha 1, a biblioteca de 
automação pexpect é chamada; na linha 7, as funções de configurações dos equipamento é definida; 
na linha 27, é criado um dicionário que relaciona cada função; na linha 31, a biblioteca pexpect é 
invocada, para realizar a conexão Telnet; e na linha 32, o comando get relaciona a função que 
implementa o dicionário. 
 
ESQUEMA DE CONFIGURAÇÕES DOS SWITCHES E ROTEADORES 
 
No Script as configurações dos dispositivos de redes segue essa sequência: o hostname foi 
configurado nos Switches; a criação de VLANs; atribuição de nome as VLANs; a Vlan 10 foi 
atribuída as interfaces FastEthernet 1/5 a 1/9; o hostname foi configurado nos Roteadores; as 
interfaces GigabitEthernet 2/0 receberam enderençamento IPv4 10.0.21.254/24 a 10.0.32.254/24; 
apenas uma área foi utilizada na configuração do OSPF do inglês (Open Shortest Path First) na 
(Área 0); e a interface GigabitEthernet 2/0 foi configurada como passiva. 
 
 
 
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Figura 3 - Código em Python 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Na Tabela 1 apresenta o método de configuração manual, copiar e colar do inglês (copy and 
paste) que utilizou 769 linhas de código, para configurar 12 Switches Cisco e 176 linhas de código 
para configurar 12 Roteadores Cisco. Já no processo de configuração automatizado por Python foinecessário 27 linhas de código para configurar 12 Switches Cisco e 19 linhas de código para 
configurar 12 Roteadores Cisco. Além disso, foi calculado o percentual de decréscimo entre os dois 
procedimentos, resultando em uma melhoria expressiva quando se utiliza um Script para automação 
de redes com Python. 
 
Número de Linhas de Configuração e Percentual de Decréscimo 
Procedimento Manual Automatizado Decréscimo 
Switches 769 27 96% 
Roteadores 176 19 89% 
Tabela 1 - Linhas de Configurações e Percentual de Decréscimo. 
CONCLUSÕES 
 
O correto funcionamento do cenário implantado no GNS3 possibilitou a realização em 
ambiente real. Assim, pode ser realizada a comparação entre o processo manual e automatizado, da 
 
 
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implantação ou a modificação da rede. O protocolo OSPF foi utilizado de maneira bem sucedida, 
tanto no ambiente emulado, quanto nos equipamentos reais. Assim, pode-se definir que, a 
automação com o uso de Script em Python obteve êxito, tanto no ambiente emulado como nos 
equipamentos reais e utilizando uma menor quantidade de código de configurações, como descreve 
a Tabela 1. Foi avaliado também o percentual de decréscimo, entre o procedimento manual e 
automatizando, para os Switches esse decréscimo foi de 96%, e para os Roteadores 89%. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] BRITO, S. H. B. Laboratórios de Tecnologias Cisco em Infraestrutura de Redes: Laboratórios 
do Primeiro Brasileiro Certificado em IPv6. [s.l.] Novatec Editora, 2014. 
[2] CARDOSO, W. S. E. O. G. A. M. T. G. S. M. P. S. et al. Uso de Redes Definidas por Software 
para Controle de Roteamento. 2016. 
[3] SOUSA, M. P. T. O. J. S. W. S. Y. C. U. R. Simuladores e Emuladores de Rede para o Projeto e 
Solução de Problemas em Ambientes de Produção. Revista de Tecnologia da Informação e 
Comunicação, v. 6, n. 2, 2016. 
 [4] GORDON, M. An introduction to network programming the python way [book review]. IEEE 
Distributed Systems Online, v. 6, n. 10, 2005. 
 [5] JAMBUNATHA, K. Design and implement Automated Procedure to upgrade remote network 
devices using Python. Advance Computing Conference (IACC), IEEE International. Anais. 2015. 
[6] Nosrati, M. 2011. Python: An appropriate language for real world programming. World 
Applied Programming 110–117, 1 (2011). 
[7] Tischer, R. J. G. Programming and automating Cisco networks. Cisco Press. 2017. 
[8] WELSH, C. GNS3 network simulation guide. [s.l.] Packt Publishing. 2013. 
 [9] Vasconcelos, R. C. M. C. R. Gomes, F. B. F. A. Costa, and C. D. D. Silva, “Towards an SDN-
App Store: A Generic Northbound API for Software-Defined Networks,” in Proceedings of the 14th 
International Conference WWW/INTERNET 2015 (ICWI), (Maynooth, Dublin, Ireland), pp. 173–
176, IADIS, October 2015.